Egzamin dla Aktuariuszy z 13 grudnia 2010 r.

Matematyka Finansowa

Zadanie 1

X martyngałem gdy E( X

X τ

n+ −

n

n

=

1

) 0

n

i

(

) E( S

τ

σ

,...,

1

(

)

(

)

NIE bo

n+1 − S n

n ) = E ( X n+1

( X

X

1

n ) = EX n+1 = Ap − B

− p = A + B p − B →

zależy od parametrów

i

( i) NIE - to wynika z (i) 1

1

1

i

( ii) E( S

τ

+

1 − S

= ( + ) − =

−

→

n

n

n )

A

B

B

A

B

NIE

2

2

2

i

( v) E( Z

τ

σ

+

1 − Z

=

+

,...,

1

1

= ( + ) − = 2 −1 →

n

n

n )

E( X n

( X

X n )

A

B p

B

p

NIE

( v) E( Z

τ

+

1 − Z

= ( + )

− = 0 →

n

n

n )

B

A

B

B

TAK

A + B

Czyli 1 stwierdzenie jest prawdziwe

Zadanie 2

∞

f ( a) = ∑ [ k(− ) 1 k + a] k

v = (−1 + a) v + (2 +

2

a) v + (−3 +

3

a) v + (4 +

4

a) v + ... =

k =1

= a( v + v 2 + .. ).− ( v + v 3 3 + v

5 5 + .. ).+ (2 v 2 + 4 v 4 + .. ).

1

4

4

4

2

4

4

4

3

1 4

4 2

4

4 3

A

B

3

5

A = v + 3 v + 5 v + ...

2

3

5

7

Av = v + 3 v + 5 v + ...

(

2 v

v − v + 2 v

v + v

v + v

2

A 1 − v )

3

3

3

3

3

3

5

= v + 2 v + 2 v + ... = v +

=

=

→ A =

2

2

2

1 − v

1 − v

1 − v

(1− v )2

2

2

4

B = 2 v + 4 v + ...

2

4

6

Bv = 2 v + 4 v + ...

B(

2 v

2 v

2

1 − v )

2

2

2

4

= 2 v + 2 v + ... =

→ B =

2

1 − v

(1− v )2

2

av

v + 2

2

→

v

v

f ( a) =

−

2

0

1 − v

(

2

2

1

2

v ) +

−

(1− 2 v) = →

3

v + v − 2 2

v 1 − v

1

→ a = (

v =

→ a ≈

2

1

2

− v )

g

dzi

e

0

,

0 1

v

0

,

1 4

Zadanie 3

UWAGA: renta A stanowi spłatę kredytu zaciągniętego rok przed pierwszą ratą renty A a nie zaciągniętego w chwili obecnej i spłacanego w sposób odroczony (inaczej wychodzi inny wynik)

k , k - momenty pierwszej raty dla odpowiednich rent A

B

n , n - ilość rat

A

B

k + 3 = k

A

B

n = n + 2

B

A

,

1 2 A = B

lim d ( A + B) = k = 10 → k = 1

3

A

B

( lim d t ojestm omentp ierwszejp latnosci) i→∞

i→∞

∑ kP( k) 10 A +11 A + ...+ (10 + n A

B

B

n

B

A −

)1 +13 +14 +...+ (13+ A + )1

lim d ( A + B) =

=

i→0

∑ P( k)

An

B n

A +

( A + 2)

10 + 10 + nA −1

13 + 13 + nA +1

nA ⋅ A +

( nA + 2) B

2

2

(19 + nA) AnA + (27 + nA)( nA + 2) B 568

lim d ( A + B) =

=

=

i→0

AnA + BnA + 2 B

2( AnA + BnA + 2 B) 31

19 An

An

n

n

n

A

n

n

n

n

n

A +

2

A + (27 A + 54 +

2

A + 2

A ) ,

1 2

19 A + 2 A + 3 ,

2 4 A + 64 8

, + ,

1 2 2 A +

=

,

2 4 A =

2 An

An

A

n

n

A + 2 ⋅ ,

1 2

A + 4 ⋅ ,

1 2

2 A + ,

2 4 A + 8

,

4

,

2 2 2

n

n

A + 53 8

,

A + 64 8

,

568

=

=

→ 6 ,

8 2 2

n

n

n

A + 1667 8

,

A + 2008 8

, = 249 ,

9 2 A + 272 ,

6 4

,

4 4 nA + 8

,

4

31

+

2

83 ,

1 4

941 8

,

6 ,

8 2 n

n

n

A − 83 ,

1 4 A − 717,6 = 0 → ∆ = 941 8

, → A =

= 13

2 ⋅ 6 ,

8 2

k

k

n

n

A = 1 ,

0 B = 1 ,

3 A = 1 ,

3 B = 15

13

27

22

i

13 A − A∑ k

v = 36 ,

0 64 → A =

36 ,

0 64

→ ODP = ,

1 2

k

k

A

v

A

v

13

∑ − ∑ =

k =1

13 i −1 + v

k =13

k =10

360 6

,

i

4



1 − v 15

13

10 1 − v 13 

=

 ,

1 v

2

− v



1 i

3 −1 + v 13 

1 − v

1 − v 

Zadanie 4

2

10

11

12

9

20

K = 20 v + 18 v + ... + 2 v + 3 v + 3 ⋅ 5

,

1 v

+ ... + 3⋅ 5

,

1

v

2

8

9

10

9

18

R(2) = 16 v + 14 v + ... + 2 v + 3 v + 3 ⋅ 5

,

1 v

+ ... + 3⋅ 5

,

1

v

2

7

8

9

9

17

R )

3

(

= 14 v +12 v + ... + 2 v + 3 v + 3⋅ 5

,

1 v + ... + 3 ⋅ 5

,

1

v

2

3

4

5

6

9

14

R(6) = 8 v + 6 v + 4 v + 2 v + 3 v + 3 ⋅ 5

,

1 v + ... + 3 ⋅ 5

,

1

v

2

3

4

5

9

13

R(7) = 6 v + 4 v + 2 v + 3 v + 3 ⋅ 5

,

1 v + ... + 3 ⋅ 5

,

1

v

3

4

2

9

7

R 1

( )

3 = 3 ⋅ 5

,

1

v + 3 ⋅ 5

,

1

v + ... + 3 ⋅ 5

,

1

v

4

5

2

9

6

R 1

( 4) = 3 ⋅ 5

,

1

v + 3 ⋅ 5

,

1

v + ... + 3 ⋅ 5

,

1

v

ODP = 16 − [ R( ) 2 − R )

3

( ]+ 8 − [ R( )

6 − R(7)]+ [ R 1

( )

3 − R 1

(

)

4 ]

ODP = 16 − [2 v +

2

2 v + ... +

7

2 v − 8

v −

9

5

,

1 v −

2

10

5

,

1

v

− ... − 9 17

5

,

1

v

+ 3⋅ 9 18

5

,

1

v ]+

+ 8 − [2 v + 2

2 v +

3

2 v − 4

v −

5

5

,

1 v − ... −

9

13

5

,

1

v

+ 3⋅ 9 14

5

,

1

v ]−

− [ 4

5

,

1

v + ... +

9

6

5

,

1

v − 3 ⋅

9

7

5

,

1

v ]=

= 16 − [2 a − 8

3 v −

9

5

,

1 v −

2

10

5

,

1

v

− ... − 9 17

5

,

1

v

+ 3⋅ 9 18

5

,

1

v

8

]+

+ 8 − [2 a − 4

3 v −

5

5

,

1 v − ... −

9

13

5

,

1

v

+ 3⋅ 9 14

5

,

1

v

4

]+

+ [

9

7

4

9

6

3 ⋅ 5

,

1

v − 5

,

1

v − ... − 5

,

1

v ]

DYGRESJA:

16 − 2 a = 16(

8

1 − v + 16 v − 2 a = 16 a ⋅ i + 16 v − 2 a = 16 i − 2 a + 16 v 8

)

8

8

8

8

8

(

)

8

8 − 2 a = (

8

4

8 1 − v

+ 8 v − 2 a = 8 a ⋅ i + 8 v − 2 a = 8

( i − 2) a + 8 v

4

) 4

4

4

4

4

4

4

ODP = 1

( 6 i − )

2 a + 8

( i − )

2 a +

4

8 v 1 2 v

8

4

( + 4)+

+ 4

v [ 4

3 v +

5

5

,

1 v + ... +

9

13

5

,

1

v

− 3⋅ 9 14

5

,

1

v ]+ [ 4

3 v +

5

5

,

1 v + ... +

9

13

5

,

1

v

− 3⋅ 9 14

5

,

1

v ]+

+ [3⋅ 9

5

,

1

v 7 −

4

5

,

1

v − ... −

9

5

,

1

v 6 ] =

1

4

4

4

4

4

2

4

4

4

4

4

3

B

= 1

( 6 i − )

2 a + 8

( i − )

2 a +

4

8 v 1 2 v

8

4

( + 4)+

+ (1+ v 4 )[ v 4

3

+ v 5

5

,

1

+ ... + 10

5

,

1

v 14 − 3 ⋅

10

5

,

1

v 14 ]+ B

1

4

4

4

4

4

4

4

2

4

4

4

4

4

4

4

3

A

4

10

10

1

5

,

1

10

5

1

5

,

1

(

)10

4

5 1

5

,

1

(

)10

A = v

3

(1− 5,

1

v )

− ( v)

−

+ v

5

,

1

=

v

v

3

(1− v

5

,

1

)

−

+

v

v

5

,

1

=

1 −

v

5

,

1

1 −

v

5

,

1

1 −

v

5

,

1

1 −

v

5

,

1

(

)10

−

−

4

1

5

,

1

(

)10

4

5 1

5

,

1

(

)10

= v

5

,

1

[ 1(

2 −

v

5

,

1

) + v]

v

v

= v

5

,

1

(2 − v

2 ) = 1 − v = d = iv = v 3 i

1 −

v

5

,

1

1 −

v

5

,

1

1 −

v

5

,

1

B =

4

5

,

1

[ 7 5

3 v

5

,

1

− v −

2

5

,

1 v − ... −

5

6

5

,

1

v ]=

4

5

,

1

[2⋅ 6 7

5

,

1

v − v −

2

5

,

1 v − ... −

5

6

5

,

1

v −

6

7

5

,

1

v +

6

7

5

,

1

v ] =

=

1

4

5

,

1

[3⋅ 6 7

5

,

1

v − v(1+ ... +

6

6

5

,

1

v )]



= 2 ⋅ 4

7

7

6

6

5

,

1

 5

,

1

v −

v(1+ 5

,

1 v + ... + 5

,

1

v ) =





2



81

4

81 

7

7

1 1 −

v

5

,

1

(

)7 



81



7

1 1 −

v

5

,

1

(

)7 

=

= 5

,

1

⋅ 2 =

1 −1 + 5

,

1

v −

v

 =

1 − 1 −

v

5

,

1

(

) +

v

 =

8

8 

2

1 −

v

5

,

1



8 



2

1 −

v

5

,

1





81

1−

v

5

,

1

(

)7 

1 

7

=

81

1

v

5

,

1

(

)

1 − 

(1− v

5

,

1

)





−



+ v =

1 − vi



8 

 1 −

v

5

,

1



2 

8 

1 −

v

5

,

1



4

4

1

5

,

1

(

)10

5

4

81

1

5

,

1

(

)7

ODP = a 1

( i

6 − )

2 + a

i

8

(

− )

2 + v

8

8

4

(1+ v 2 )

−

+

v

i

3 v

(1+ v ) 

−

v



+

1 − vi



1 −

v

5

,

1

8 

1 −

v

5

,

1



Zadanie 5

A – pierwsza rata



691 ,

4 73

1

 00000 −

 ,

0 06



,

1 069 

Aa + 691 ,

4 73 9

v = 100000 → A =

→ A ≈ 15444 5

, 03

8

1

8

− v

( a) Av + ( A + R) 2

v + ... + ( A + 6 R) 7

v = 100000

( b) Av + ( A − R) 2

v + ... + ( A −17 R) 18

v

= 100000

DYGRESJA:

2

3

7

X = v + 2 v + ... + 6 v 3

4

8

Xv = v + 2 v + ... + 6 v 6

1 − v

2

8

v

− 6 v

2

8

8

9

v

−

− v − 6 v + 6 v

2

3

7

8

1

X 1

( − v) = v + v + ... + v − 6

v

v → X =

=

2

1 − v

1

( − v)

2

3

18

Y = v + 2 v + ... + 17 v 3

4

19

Yv = v + 2 v + ... + 17 v 17

1 − v

2

19

v

−17 v

2

19

19

20

v

−

− v −17 v +17 v

2

3

18

19

1

Y 1

( − v) = v + v + ... + v −17

v

v

→ Y =

=

2

1 − v

1

( − v)

( a) Aa + RX = 100000

7

( b) Aa − RY = 100000

18

1

7

− v

100000 − A

( a) → R =

i

→ R ≈ 892 1,1

X

1 − v 18

A

−100000

i

b

( ) → R =

i wstawiamy R z (a) i sprawdzamy czy L=P

Y

Równa się więc R=892,1 około

Zadanie 6

C - cena obligacji zerokuponowej 1

C = 50000 1

( − ,

0 07 )

5 = 46250

1

C

c

-

ena o

bligacji 1

0 - letniej

2

10

10

 1 

 1 

1 − 



1 − 



1

 ,

1 07 

1

 ,

1 07 

60000

C = 3000 ⋅

+ 4000 ⋅

+

2

2

2

2

10

,

1 07





,

1 07





,

1 07

1

1

1 − 



1 − 



 ,

1 07 

 ,

1 07 

A – środki własne

A =

(3

,

0

C + C

1

2 )

K − kredyt =

7

,

0 ( C + C

1

2 )

C(5) – cena obligacji 10-letniej po 5 latach

 1

1

1



 1

1



60000

C )

5

(

= 4000

+

+

 + 3000

+

 +

3

5

2

4

5

 ,

1 06

,

1 06

,

1 06 

 ,

1 06

,

1 06 

,

1 06

K(7) – kredyt po 7 latach

K (7) = ,

0 7( C + C

,

1 06

1

) 7

2

F(7) – wartość funduszu po 7 latach

F (7) = 3000(

6

4

2

,

1 07 + ,

1 07 + ,

1 07 )+ 4000(

5

3

,

1 07 + ,

1 07 )

2

2

+ C )

5

(

⋅ ,

1 07 + 50000 ⋅ ,

1 07

1





 F (7) − K(7) 7



ODP = 

−1⋅100 ≈ ,

4 7%







A









Zadanie 7

Bread spread oznacza, że kupujemy opcję z ceną wykonania X i wystawiamy opcję z ceną wykonania Y i Y<X

Profil wypłaty:

gdy S

( )

( )

8 < Y

P X − P Y

C

C

dla S

,

( )

( )

8 ∈ [ Y

X ) P X − P Y − 8 −

C

C

( S Y)

dla S

( )

( )

8 ≥ X

P X − P Y +

8 −

− 8 −

C

C

( S X ) ( S Y)

Z powyższego i z obrazka widać, że:

Y=70, X=30

ODP = P 1

( 0 )

0 − P (70)

C

C

Parytet:

−0,05 8

⋅

−0,4

P 1

( 00)

C

= P 1

( 00)

P

+ 95 −100 e

= ,

0 022 + 95 −100 e

P (70)

C

= P (70)

P

+ 95 − 70 −0,058⋅

e

→ ODP = ,

0 022 + 95 −100 −0,4

e

− ,

0 0124 − 95 + 70 0

− ,4

e

≈ −20 1,

Zadanie 8

Pożyczamy 100 z krótkiej sprzedaży akcji, będziemy musieli zwrócić cenę akcji po 6

miesiącach – ile zarobimy?

Zysk arbitrażowy będzie jeżeli zawsze zarobimy więcej niż cena akcji po 6 miesiącach

Inwestujemy 100:

X – cena akcji po 6 miesiącach

a – tyle inwestujemy w aktywa wolne od ryzyka b – tyle inwestujemy w opcje kupna

c- tyle inwestujemy w opcje sprzedaży

a+b+c=100 gdzie a nieujemne; b i c mogą być ujemne 0,0 ⋅

5 0,5

b

ZYSK = ae

+

max( − 95 0

; )

c

X

+

max(95 − X 0

; ) − X

7 3

, 4

,

0 75

(a)X<95

0,025

c

ZYSK = ae

+

9

( 5 − X ) − X chcemy by ZYSK>0 i nzl od X

,

0 75

c

Czyli −

−1 = 0 → c = − ,

0 75

,

0 75

(b)tak samo dla X>95

b

b

0,025

ZYSK = ae

+

( X − 9 )

5 − X →

−1 = 0 → b = 7 3

, 4

7 3

, 4

7 3

, 4

Wtedy ZYSK(a)=ZYSK(b)=

0,025

ae

− 95

a = 100 − b − c = 100 − 7 3

, 4 + ,

0 75 = 9 ,

3 41

ODP = (9 ,

3 41 0,025

e

− 95) 0−,025

e

= 9 ,

3 41 − 95 0

− ,025

e

≈ ,

0 756

Zadanie 9



X

1



Gdy X ≅ N (

2

,

w δ ) → Ee = ex 

p w +

2

δ 



2



Przy braku arbitrażu:

S (0) = −0,04

e

ES )

1

(

= −0,04

e

A )

1

( E( 0,4

e

Z ) =

−

A )

1

(

0,04

0,08

e

e

= A )

1

(

0,04

e

b

o ,

0 4 Z ≅ N (

1

,

0

;

0

6) →

0

− ,04

0

− ,04 0,4 Z

→ A )

1

(

= S(0) e

→ S )

1

(

= S(0) e

e

3

3

0

− 1

, 2

,

1 2

 S )

1

(





−

S( )

0 e

e Z 

0,04

−0,04

2

−0 1

, 2

,

1 44 0

⋅ ,5 −0,04

2

0,56

ODP = E

 e

= E

 e

= S( )

0 e

e

e

= S( )

0 e

 S( )

0 



S( )

0



Bo 1,2Z ma rozkład normalny ze średnia 0 i wariancją 1,44

Zadanie 10

r =

0

,

0 5

1

50

1050

1

1050

+

=

→ r + = y =

,

1 05

,

1 0 (

5 1 + r 2 ) 1009 1

, 6

1

2

50

,

1 05

1009 1

, 6 − ,105

x – narzut

70

1070

+

= 9731,6

,

1 05 + x

,

1

( 05 + x)( y + x)

70( y + x) + 1070 = 973 1

, 6 ,

1

( 05 + x)( y + x) 973 1

, 6 2

x + 973 1

, 6 ⋅ ,

1 05 y + 973 1

, 6 ,

1

( 05 + y) x = 70 y + 70 x + 1070

973 1

, 6 2

x + [937 1

, 6 ,

1

( 05 + y) − 70] x + 973 1

, 6 ⋅ ,

1 05 y − 70 y −1070 = 0

1

4

4

4

2

4

4

4

3

1

4

4

4

4

2

4

4

4

4

3

1

≈ 888,6

≈−80 1

,

∆ ≈ 387889 ,

0 2

− b + ∆

→ x =

bo drugi pierwiastek ujemny

2 a

→ x ≈ 1

,

4 5% ≈ 4%